Longevity Effects of Veronica peregrina in C. elegans = 문모초의 수명연장 효과

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)을 실험동물 모델로 사용하여 문모초(Veronica peregrina L.) 전초가 노화에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과 문모초 추출물(VPE) 처리에 따라 선충의 수명은 농도 의존적으로 증가하였으며, 최고 농도인 50 μg/mL 에서는 평균 수명이 22.84% 연장되었고, 최대 수명 또한 3 일 증가하였다. 또한, VPE 투여는 열 스트레스, 삼투 스트레스 및 산화 스트레스 조건 하에서 선충의 생존율을 향상시켰으며, 이러한 결과를 통해서 VPE 가 스트레스 저항성을 향상시키는 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 산화적 스트레스에 대한 우수한 보호작용이 약물의 항산화 활성과 관련이 있는지 알아보기 위해서 VPE 가 선충의 항산화 방어체계에 미치는 영향을 조사한 결과 대조군에 비해 VPE 를 처리한 선충에서 항산화효소인 superoxide dismutase 및 catalase 의 활성이 증가되고 결과적으로, 세포 내 축적되는 활성산소종이 감소하는 것으로 나타났다. 건강수명 지표 분석에서는 노화된 선충에서 나타나는 운동 능력의 감소가 완화되었고, 장 내 리포푸신의 축적도 감소하는 것으로 나타나 VPE 가 단순히 수명을 연장시키는 것을 넘어 건강한 상태를 지속시키는 건강수명의 연장 효과도 있는 것을 확인할 수 있었다. 수명연장과 관련이 있는 노화관련 인자들에 VPE 가 미치는 영향을 분석한 결과 VPE 는 선충의 성장이나 생식에는 유의미한 영향을 미치지 않았으나 인두의 움직임 수를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한, 유전적으로 인두의 움직임에 결손이 있는 eat-2 돌연변이 선충에서 VPE 의 수명연장 효과가 사라지는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해서 VPE 는 식이제한(dietary restriction) 작용이 있는 것으로 보이며, 이러한 식이제한이 수명연장 효능을 나타내는데 관여하고 있다고 판단된다. VPE 의 항노화 효과와 관련하여 표적이 되는 유전자를 알아보기 위해 단일 유전자가 결손된 돌연변이를 사용하여 수명분석을 실시한 결과 daf-2 나 daf-16 돌연변이에서는 수명 연장 효과가 소실된 반면에, sir-2.1 및 skn-1 돌연변이에서는 효과가 유지되는 것을 확인하였다. 이를 통해 VPE 의 수명연장 효능이 daf-2 와 daf-16 의 조절에 의해 매개되는 것을 알 수 있었다. 추가적으로 VPE 가 전사인자인 daf-16 의 활성에 미치는 영향을 알아보기 위해서 DAF-16::GFP 형질전환 돌연변이를 이용하여 형광 발현을 분석한 결과 VPE 처리에 따라 DAF-16 의 핵 내 이동이 촉진되는 것이 관찰되었다. 이상의 결과를 통해서 문모초는 우수한 항노화 활성이 있는 것을 확인할 수 있었으며, 향후 항노화 소재로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the anti-aging effects of the aerial part of Veronica peregrina L.were investigated using the nematode Caenorhabditis elegans as a model organism. Methanol extract of V. peregrina (VPE) treatment significantly extended the mean and maximum lifespan of wild-type worms in a dose-dependent manner, with the highest concentration (50 μg/mL) resulting in a 22.84% increase in mean lifespan and a 3-day extension of maximum lifespan. In addition, VPE treatment increased survival rate of worms under various stress conditions including thermal, osmotic, and oxidative stress, demonstrating elevated stress resistance by VPE. Biochemical assays revealed that VPE markedly increased the activities of antioxidant enzymes such as superoxide dismutase and catalase, and subsequent decrease in intracellular reactive oxygen species levels. Healthspan assessments demonstrated improved locomotion and reduced intestinal lipofuscin accumulation in aged worms. Further studies on the aging-related factors revealed that VPE showed effect on neither growth or reproduction, but reduced pharyngeal pumping rate, suggesting a dietary restriction(DR)–like effect. Coincidentally, VPE failed to show lifespan-extension in eat-2 null background, indicating that the longevity effect of VPE may be interconnected with DR. Genetic analysis showed that the longevity-promoting effects of VPE were abolished in daf-2 and daf-16 mutants, while remaining intact in sir-2.1 and skn-1 mutants, indicating the requirement of daf-2 and daf-16 for VPE-mediated longevity. Moreover, VPE significantly accelerated nuclear translocation of daf-16 in the transgenic mutants carrying DAF-16::GFP, further supporting the involvement of daf-16, a key aging-related transcriptional factor. Overall, these findings demonstrate that Veronica peregrina promotes longevity and can be a valuable candidates for the development of antiaging medications.

목차 (Table of Contents)

• Introduction 1
• Materials and methods 6
• 1. Sample preparation 6
• 2. C. elegans maintenance and sample treatment 6
• 3. Lifespan assay 7
• 4. Determination of stress tolerance 7
• 5. Measurement of antioxidant enzyme activities 8
• 6. Measurement of intracellular ROS accumulation 9
• 7. Measurement of body length and pharyngeal pumping 10
• 8. Reproduction assay 10
• 9. Measurement of locomotion performance 11
• 10. Measurement of mitochondrial membrane potential 11
• 11. Fluorescence microscopy 12
• 12. Statistical analysis 13
• Results 14
• 1. VPE extends lifespan of worms under normal conditions 14
• 2. VPE increases stress tolerance of worms 16
• 3. VPE enhances antioxidant enzyme activities and reduces intracellular ROS levels 18
• 4. Dietary restriction is involved in VPE-mediated longevity 20
• 5. VPE treatment promotes healthspan in C. elegans 23
• 6. VPE treatment preserves mitochondrial membrane potential in C. elegans 25
• 7. VPE-mediated longevity is dependent on the IIS pathway 28
• Discussion 31
• Conclusion 38
• References 40